复合风扇容纳箱组件的制作方法
【专利摘要】一种用于燃气涡轮机发动机的风扇箱包括具有外表面、前部和后部的复合风扇容纳箱。附接凸缘和安装环分别设置在所述前部和后部上。螺栓附接装置被支撑在所述外表面上。复合风扇容纳箱具有被配置为与风扇叶片轴向对齐的容纳区域。防弹内衬被布置在容纳区域中。
【专利说明】复合风扇容纳箱组件
[0001] 本公开是于2009年8月31日提交的美国专利申请序列号12/551，018、于2009年 12月11日提交的12/636,388、于2010年9月28日提交的12/892, 037、于2010年10月 26日提交的12/912, 189、于2011年1月7日提交的12/986, 209和于2011年2月10日提 交的13/024, 386的部分继续申请。
【背景技术】
[0002] 本公开涉及用于燃气涡轮机发动机的复合风扇容纳箱。
[0003] 燃气涡轮机发动机可包括风扇部段，风扇部段包括由被支撑在机舱内的风扇箱包 围的风扇叶片。风扇箱的功能是沿径向方向容纳风扇叶片的断裂和分离部分。金属风扇箱 可能不期望地过重而不能执行此容纳功能。由非金属材料构成的复合风扇箱可降低重量并 提供与金属风扇箱相同的容纳能力。
[0004] 虽然这些风扇箱具有许多期望的特征，但是一个挑战是部件必须附接到箱的外 周，通常通过螺纹紧固件来附接。然而，用于形成风扇箱的材料并未设置有螺栓孔。此外， 复合材料制造和成形技术受限于能够可靠获得的公差范围。
【发明内容】
[0005] 在一个例子中，用于燃气涡轮机发动机的风扇箱包括具有外表面、前部和后部的 复合风扇容纳箱。附接凸缘和安装环分别设置在所述前部和后部上。螺栓附接装置被支撑 在所述外表面上。复合风扇容纳箱具有在容纳区域中提供外壳的容纳壳，容纳区域被配置 为与风扇叶片对齐。防弹内衬被布置在位于外壳内部的容纳区域中。
[0006] 在上述的另一个实施例中，风扇容纳箱包括限定大致圆筒形箱的多个复合层。附 接凸缘在所述前部从圆筒形箱径向向外延伸。附接凸缘包括复合层的一部分。金属衬环被 固定到附接凸缘。
[0007] 在上述中任一者的另一实施例中，安装环是金属的并且在所述后部被固定到外表 面。
[0008] 在上述中任一者的另一实施例中，复合风扇容纳箱包括限定大致圆筒形箱的多个 复合层。安装环与复合层一体形成。
[0009] 在上述中任一者的另一实施例中，螺栓附接装置包括具有至少一个金属插入件的 内部复合凸台。凸台利用至少一个纤维加固层板和粘合剂附接到所述外表面。
[0010] 在上述中任一者的另一实施例中，防弹内衬由树脂浸渍的KEVLAR、陶瓷材料和金 属材料中的一种制成。
[0011] 在另一个例子中，用于燃气涡轮机发动机的风扇箱包括具有外表面、前部和后部 的复合风扇容纳箱。附接凸缘和安装环分别设置在所述前部和后部上。螺栓附接装置被支 撑在所述外表面上。
[0012] 在上述的另一个实施例中，复合风扇容纳箱包括限定大致圆筒形箱的多个复合 层。附接凸缘在所述前部从圆筒形箱径向向外延伸。附接凸缘包括复合层的一部分，并且 金属衬环被固定到附接凸缘。
[0013] 在上述中任一者的另一实施例中，安装环是金属的并且在所述后部被固定到外表 面。
[0014] 在上述中任一者的另一实施例中，复合风扇容纳箱包括限定大致圆筒形箱的多个 复合层。安装环与复合层一体形成。
[0015] 在上述中任一者的另一实施例中，螺栓附接装置包括具有至少一个金属插入件的 内部复合凸台。凸台利用至少一个纤维加固层板和粘合剂附接到所述外表面。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 通过参照结合附图考虑的下述详细描述，可进一步理解本公开，在附图中： 图1是示例性燃气涡轮机发动机的示意图。
[0017] 图2是沿线2-2截取的图3所示的贯穿容纳箱的剖视图。
[0018] 图3是示例性容纳箱的立体图。
[0019] 图4是容纳箱和安装环的放大剖视图。
[0020] 图5是另一示例性容纳箱和安装环的剖视图。
[0021] 图6是由容纳箱附接装置支撑的部件的立体图。
[0022] 图7是图6所示的附接装置的放大立体图。
[0023] 图8是沿线8-8截取的图7所示的附接装置的剖视图。
[0024] 图9是贯穿紧固元件的容纳箱附接凸缘的剖视图。
[0025] 图10是图9所示的容纳箱附接凸缘的剖视图，但是该图贯穿附接孔。
[0026] 图11是容纳箱的叶片容纳特征的放大剖视图。
【具体实施方式】
[0027] 参照图1，燃气涡轮机发动机由10示意性地指示并且包括核心12,所述核心12具 有压缩机部段14、燃烧部段16和涡轮机部段18。示例性燃气涡轮机发动机10包括风扇部 段20,所述风扇部段20位于机舱22内并包括多个叶片28。压缩机部段14、燃烧部段16、 涡轮机部段18和风扇部段20围绕轴线A布置。机舱22限定用于进入空气流的入口 24。 风扇容纳箱26靠近风扇部段20内的叶片28设置。
[0028] 参照图2和3,示例性风扇容纳箱26包括用于复合容纳结构的附接特征和容纳 特征。安装环32被设置在风扇容纳箱26的后部33处，并且附接凸缘62被设置在其前部 31，用于相对于其它发动机结构来固定风扇容纳箱26。螺栓附接装置72被设置在风扇容 纳箱26上，用于支撑风扇容纳箱26上的部件。容纳特征包括复合容纳壳112和防弹内衬 (ballistic liner)152。在本公开要求其优先权并且 申请人:将其全部内容通过引用合并于 本文的如下专利申请中充分阐述了这些附接和容纳特征：于2009年8月31日提交的美国 专利申请序列号12/551,018 ;于2009年12月11日提交的12/636,388 ;于2010年9月28 日提交的12/892, 037 ;于2010年10月26日提交的12/912, 189 ;于2011年1月7日提交 的12/986, 209 ;以及于2011年2月10日提交的13/024, 386。
[0029] 再次参照图1，示例性容纳箱包括附接到安装梁36上的安装环32,安装梁36附接 到框架构件，诸如航空器的塔架44。安装环32还附接到从发动机核心12延伸到容纳箱26 的至少一个导流板部段30。示例性容纳箱26包括支撑发动机核心12的一部分的安装环 32。被设置在风扇部段20后面的导流板30相对于旋转的叶片28静止并且提供支撑发动 机核心12的多个安装位置中的一个。
[0030] 参照图3,在一个例子中，安装环32被固定到风扇箱30的后端的外表面34上，并 且与复合容纳箱30的外表面34的一部分重叠。安装环32包括一个或多个安装凸缘42。示 例性安装凸缘42从安装环32径向向外延伸，以提供至向前的主发动机安装梁36的连接。 示例性安装凸缘42包括在主凸耳38之间向上延伸的故障保护凸耳40。安装凸缘42对应 于用于将发动机核心12固定到航空器的塔架44上的发动机安装梁36的配置。如可以明 白的，在本公开的构想内，可采用其它安装凸缘配置，例如，如图4所示的。
[0031] 参照图4,并继续参照图3,示例性风扇容纳箱26包括结构46,所述结构46由多个 复合层组成从而形成风扇容纳箱26的大体圆筒形几何形状。安装环32配合在风扇容纳箱 26的外表面34上，并且在一个例子中是金属材料的锻造环。示例性安装环32包括引入斜 面48,其有助于在组装期间在风扇箱30上导引安装环32。安装环32还包括用于安装的轴 向定位特征。示例性轴向定位特征是耳片50,所述耳片50径向向内延伸以抵接复合结构 46的后端52。安装环32滑到外表面34上，以使耳片50抵靠后端52。
[0032] -旦安装环32位于风扇箱30上，紧固件54就被布置为通过安装环32内的开口 56和复合结构46中的开口 58,以将安装环32和复合结构46附接到风扇出口导流板30。 过盈配合和多个紧固件54的结合将安装环32固定到复合结构46。此外，安装环32通过导 流板30被固定到发动机核心12。
[0033] 参照图5,示出了具有安装环32'的另一个风扇容纳箱26'，其中，所述安装环32' 与复合结构46' 一体形成。术语"一体形成"意味着安装环32'和复合结构46'形成为单 个单元。风扇出口导流板30通过布置在主凸耳38'的两个轴向侧上的紧固件54'被固定 到复合结构46'。
[0034] 图6示出了风扇容纳箱26的另一附接特征。风扇容纳箱26具有被安装在外表面 34上的带螺纹螺栓附接装置72。部件64附接到附接装置72,诸如通过安装在支架68处的 销66实现。在例子中，部件64是流体管。任何数量的其它部件和多种类型的配件可从本 发明受益。支架68通过诸如螺栓70 (见图7)被螺纹附接到附接装置72。
[0035] 图7和8示出附接装置72的细节，附接装置72包括可由布置在多个层板78、80 之间的复合材料74形成的模制锥形凸台。凸台可以是任何数量的不同形状的，包括矩形、 正方形、椭圆形等。金属插入件76被嵌入复合材料74内。一个或多个层板和粘合剂86的 结合体被附接到复合材料74的外表面上。此结合体将附接到复合风扇容纳箱26的外表面 34上。插入件76具有平坦的端部82,其防止在复合材料74内旋转。插入件的一部分包括 孔84,在一个例子中，孔84将容纳带螺纹插入件(未示出）。
[0036] 参照图9和10,并继续参照图3,示例性金属衬板90利用粘合剂94和/或机械紧 固件96被固定到复合结构46的向前凸缘部分92上，以提供附接凸缘62。复合结构46包 括多个层98。示例性机械紧固件96包括延伸通过金属衬板90并进入向前凸缘部分92中 的铆钉。金属衬板90包括容纳铆钉96的整个头部的埋头孔100,从而使得铆钉头不会从金 属衬板90突起。金属衬板90和复合结构46限定用于紧固件的孔102,所述紧固件用于将 容纳箱26固定在机舱22内。金属衬板90包括与复合结构46的半径对应的半径。
[0037] 参照图11，风扇容纳箱26包括绕轴线A限定的内部结构134、防弹内衬136和外 壳138。内部结构34可包括可磨耗层140和蜂窝结构142。可磨耗层140提供在风扇叶片 末端和内部结构134之间保持的高精度公差。蜂窝结构142提供声音阻尼以及保留较小的 叶片碎片的可能性。应该理解，内部结构134重量轻并且对叶片碎片穿透(如果存在的话） 提供最小的阻力。
[0038] 在一个例子中，防弹内衬136是刚性材料的圆筒形壳，诸如树脂浸渍KEVLAR材料 (诸如用于Hard Armor的KEVLAR XP?)、LEXAN、金属结构或陶瓷材料。也就是说，防弹内衬 136是硬的并且操作作为外壳138的径向内表面上的刚性撞击内衬，外壳138可由诸如碳复 合物的复合材料制成。由于硬的防弹内衬136径向地直接位于风扇叶片28的外侧，因此防 弹内衬136仅需要延伸相对短的轴向长度。
[0039] 在另一个例子中，防弹内衬136通常包括多个单向粗纺纤维层和多个无褶皱织物 层，如在与本申请同一日提交并且以其全部内容通过引用合并于本文的本 申请人:的名称为 "Case with Ballistic Liner"共同未决申请中所描述的。一般而言，多个单向粗纺纤维层 中的每个的厚度约为多个无褶皱织物层中的每个的厚度的一半。在一个实施例中，在防弹 内衬136中，多个单向粗纺纤维层中的每个包括三层并且多个无褶皱织物层中的每个包括 两层。
[0040] 尽管已经公开了示例性实施例，但是本领域技术人员应该明白，某些修改将在权 利要求的范围内。为此，应该研究以下权利要求以确定它们的实际范围和内容。
【权利要求】
1. 一种用于燃气润轮机发动机的风扇箱，包括： 包括外表面、前部和后部的复合风扇容纳箱； 分别设置在所述前部和后部上的附接凸缘和安装环； 被支撑在所述外表面上的螺栓附接装置；并且 其中，所述复合风扇容纳箱具有：在容纳区域中提供外壳的容纳壳，所述容纳区域被配 置为与风扇叶片对齐；以及被布置在位于所述外壳内部的所述容纳区域中的防弹内衬。
2. 根据权利要求1所述的风扇箱，其中，所述复合风扇容纳箱包括：限定大致圆筒形箱 的多个复合层；在所述前部从圆筒形箱径向向外延伸的附接凸缘，所述附接凸缘包括所述 复合层的一部分；以及被固定到所述附接凸缘的金属衬环。
3. 根据权利要求1所述的风扇箱，其中，所述安装环是金属的并且在所述后部被固定 到所述外表面。
4. 根据权利要求1所述的风扇箱，其中，所述复合风扇容纳箱包括限定大致圆筒形箱 的多个复合层，并且所述安装环与所述复合层一体形成。
5. 根据权利要求1所述的风扇箱，其中，所述螺栓附接装置包括具有至少一个金属插 入件的内部复合凸台，所述凸台利用至少一个纤维加固层板和粘合剂附接到所述外表面。
6. 根据权利要求1所述的风扇箱，其中，所述防弹内衬由树脂浸渍的KEVLAR、陶瓷材料 和金属材料中的一种制成。
7. -种用于燃气润轮机发动机的风扇箱，包括： 包括外表面、前部和后部的复合风扇容纳箱； 分别设置在所述前部和后部上的附接凸缘和安装环；以及 被支撑在所述外表面上的螺栓附接装置。
8. 根据权利要求7所述的风扇箱，其中，所述复合风扇容纳箱包括：限定大致圆筒形箱 的多个复合层；在所述前部从所述圆筒形箱径向向外延伸的附接凸缘，所述附接凸缘包括 所述复合层的一部分；以及被固定到所述附接凸缘的金属衬环。
9. 根据权利要求7所述的风扇箱，其中，所述安装环是金属的并且在所述后部被固定 到所述外表面。
10. 根据权利要求7所述的风扇箱，其中，所述复合风扇容纳箱包括限定大致圆筒形箱 的多个复合层，并且所述安装环与所述复合层一体形成。
11. 根据权利要求7所述的风扇箱，其中，所述螺栓附接装置包括具有至少一个金属插 入件的内部复合凸台，所述凸台利用至少一个纤维加固层板和粘合剂附接到所述外表面。
【文档编号】F01D25/24GK104105868SQ201380009679
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年2月12日 优先权日:2012年2月16日
【发明者】D.S.卢西耶, T.J.小罗伯森, M.W.科斯塔, S.R.沃列蒂, R.A.奈克 申请人:联合工艺公司